KR20170046940A - 냉각수 통합 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축류팬에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 다른 성질의 열교환 유체를 통합 열교환 시키는 냉각수 통합 열교환기에 관한 것이다.

Description

냉각수 통합 열교환기{Integration heat exchanger use Cooling water}

본 발명은 차량용 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량에서 발생하는 열을 흡수/방출하기 위해 사용되는 다양한 열교환 유체(공기, 냉매, 오일)가 하나의 장치에서 열교환 가능하도록 구성된 냉각수 통합 열교환기에 관한 것이다.

차량의 실제 구동력이 발생하는 엔진에는, 화학 에너지를 운동에너지로 바꾸는 과정에서 많은 열에너지가 발생한다. 이러한 열에너지가 과도하게 발생되면, 엔진 및 엔진 주변의 부품들이 과열됨으로써, 손상 또는 파괴되어 큰 고장과 사고로 이어질 가능성이 있으며, 또한 엔진 자체의 효율도 크게 떨어지게 되는 등 여러 가지 문제점이 발생한다. 따라서, 이러한 문제 요인을 제거하기 위하여 통상적으로 차량에는 엔진을 냉각하기 위한 장치가 구비된다. 엔진의 냉각을 위해서 대표적으로 사용되는 방법은 냉각수를 이용하는 방법으로써, 엔진의 주변에 냉각수를 유통시키고 또한 냉각수를 냉각시키기 위한 라디에이터(radiator)를 구비하여, 엔진에서 발생되는 열을 흡수한 후 흡수된 열을 라디에이터에서 방출함으로써 엔진의 과열을 막았다.

그리고, 최근에 와서는 엔진(6) 외에도 차량에 다양한 전기 제품(전기 모터, 인버터, 전기 스타터)이 적용되며, 도1에 도시된 바와 같이 기존의 라디에이터가 엔진의 냉각을 담당하는 고온 라디에이터(2)와, 전기 제품의 냉각을 담당하는 저온 라디에이터(1)가 복합 적용된 차량이 증가하고 있다.

도면을 참조하여 설명하면 저온 라디에이터를 순환하는 냉각수는 차량의 엔진룸을 이동하며 변속기(3)의 오일, 인터쿨러(4)의 공기, 컨덴서(5)의 냉매와와 열교환하여 각 열교환 유체(오일, 공기, 냉매)가 변속기(3)와, 인터쿨러(4), 응축기(5)에서 흡수한 열에너지를 다시 흡수한다.

그러나, 저온 라디에이터(1)에서 방출되는 차가운 냉각수는 각각의 장치에 사용되는 열교환 유체를 냉각시키기 위해 변속기(3)와 인터쿨러(4)와 컨덴서(5)를 이동해야 할뿐만 아니라, 저온 냉각수를 활용하는 수냉식 열 교환기가 증가할수록 저온 냉각수 호스가 복잡해지고 길어져, 냉각수가 이동하는 호스의 재료비 및 클램핑 비용이 증가할 뿐만 아니라, 호스의 꼬임으로 인해 호스 내부를 이동하는 냉각수의 압력강하 현상이 발생하는 원인이 된다.

따라서, 상기와 같은 단점을 해결하고자 도 2에 도시된 바와 같이 저온 라디에이터에서 방출되는 냉각수를 이용하되, 다양한 장치에서 사용되는 열교환 유체를 통합 열교환 가능한 통합형 열교환기(1000)의 필요성이 증대되고 있다.

한국공개특허 제2013-0067099호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 차량에서 사용되는 장치를 냉각시키기 위해 사용하는 열교환기(수냉식 컨덴서, 수냉식 오일쿨러, 수냉식 인터쿨러 등)를 하나로 통합하여, 저온 라디에이터를 순환하는 냉각수가 하나의 열교환기에서 다양한 열교환 유체를 냉각시킨 수 있는 열교환기를 제공함에 있다.

본 발명의 냉각수 통합 열교환기는, 내부에 길이 방향으로 열교환 유체가 흐르는 통로(111)가 형성된 복수개의 튜브(110)와, 상기 튜브(110)의 길이에 대응하는 복수개의 열교환 핀(120)이 서로 교차하며 적층 형성되는 열교환부(100); 상기 튜브(110)의 길이방향 양측 단부에 각각 결합되며, 상기 통로(111)와 마주보는 내측에서 외측으로 복수개의 상기 튜브(110)가 결합되는 복수개의 중공(210)이 형성된 한 쌍의 헤더(200); 및 한 쌍의 상기 헤더(200)를 서로 연결하며 상기 열교환부(100)를 감싸고, 냉각수가 유입되는 유입공(310)과, 냉각수가 배출되는 배출공(320)이 형성된 외부 하우징(300);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 냉각수 통합 열교환기는, 상기 헤더(200)의 양측에 결합되며, 각각의 상기 튜브(110)를 통과하는 열교환 유체의 종류에 대응하여 복수개의 상기 튜브(110)를 개별적인 채널로 구획하는 사출탱크(400)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 사출탱크(400)는, 상기 헤더(200)의 양측에 서로 마주보며 결합되는 한 쌍의 제1 사출탱크(410)와, 한 쌍의 제2 사출탱크(420), 및 한 쌍의 제3 사출탱크(430)의 결합으로 이루어지고, 각각의 상기 사출탱크(410, 420, 430)는 상기 튜브(110)를 서로 마주보는 한 쌍의 상기 제1 사출탱크(410) 사이에 위치하며 냉매가 통과되는 제1 채널과, 한 쌍의 상기 제2 사출탱크(420) 사이에 위치하며 과급공기가 흐르는 제2 채널과, 한 쌍의 상기 제3 사출탱크(430) 사이에 위치하며 오일이 흐르는 제3 채널로 구분하며, 각각의 상기 사출탱크(410, 420, 430)는 개별적으로 유체 유입부와, 유체 배출부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 사출 탱크(400)에 의해 구획되는 각 채널을 구성하는 상기 튜브(110)의 개수는, 각각의 채널을 통과하는 열교환 유체의 방열양과, 유량에 대응하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각수 통합 열교환기는, 상기 헤더(200)와 상기 사출탱크(400)의 결합면 사이에 상기 사출탱크(400)에 의해 구획된 채널 형상에 대응하는 가스켓(500)이 더 구비되는 것을 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각수 통합 열교환기는, 상기 사출탱크(400)의 재질이 플라스틱 또는 알루미늄 재질로 이루어지고, 상기 사출탱크(400)가 알루미늄 재질로 이루어질 시 각각의 채널을 형성하는 사출탱크 단위체는 개별제작 후 일체 브레이징되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명인 냉각수 통합 열교환기는, 각각의 장치에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위해 사용되는 장치별 냉각기를 통합함으로서, 냉각기가 구비되는 장치를 단순화시켜 단가를 감소시키는 장점을 가진다.

또한, 저온 라디에이터를 순환하는 냉각수가 다양한 장치에 구비된 냉각기를 통과하지 않고, 냉각수 통합 열교환기만을 순환하면 되기 때문에, 냉각수가 흐르는 호스를 단순화시켜 호스의 생산에 사용되는 자재비 및 호스 체결에 사용되는 클램핑 비용을 낮추는 효과를 가진다.

아울러, 냉각수가 흐르는 호스가 단순해지며 호스의 복잡해지며 꼬임이 발생 시 나타나는 압력강하 현상을 예방하는 장점을 가진다.

도 1은 종래의 냉각수 순환을 루트를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명인 냉각수 통합 열교환기를 이용한 차량의 냉각수 순환 류트를 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명인 냉각수 통합 열교환기의 사시도.
도 4는 본 발명인 냉각수 통합 열교환기의 분해 사시도.
도 5는 본 발명인 냉각수 통합 열교환기의 사시도.(외부 하우징 분리 시)
도 6은 본 발명인 냉각수 통합 열교환기의 사시도.(3채널 형성 시)
도 7은 본 발명인 냉각수 통합 열교환기의 사시도.(4채널 형성 시)
도 8은 본 발명인 냉각수 통합 열교환기의 단면도.

차량을 구성하는 다양한 장치, 인터쿨러, 컨덴서, 오일쿨러 등은 각각의 장치에서 기계적/화학적 운동을 통해 발생하는 열을 외부로 방출하기 위한 방법으로, 차량에 구비되는 저온 라디에이터(1)의 냉각수와 열교환 하게 된다.

그러나, 차량을 구성하는 각각의 장치는 그 사용 목적에 대응하여 다양한 열교환 유체(공기, 오일, 냉매)를 사용하기 때문에, 각각의 장치마다 개별적으로 냉각기가 구비되어왔다. 따라서, 종래에는 상기 저온 라디에이터(1)에서 방출된 냉각수가 각각의 장치에 구비된 냉각기를 순화하며 열교환 함으로서, 냉각수가 이동하는 호스가 복잡해지는 단점이 발생하였다.

이하에서는 도면을 참조하여 서로 다른 열교환 유체(공기, 오일, 냉매 등)를 하나의 열교환기에서 냉각시킬 수 있도록 구성하여, 상기와 같은 단점을 해소한 본 발명인 냉각수 통합 열교환기(1000)에 대하여 설명하도록 한다.

도 3과 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명인 냉각수 통합 열교환기(1000)는 내부에 길이 방향으로 열교환 유체가 흐르는 통로(111)가 형성된 복수개의 튜브(110)와, 상기 튜브(110)의 길이에 대응하는 복수개의 열교환핀(120)이 서로 교차하며 적층 형성되는 열교환부(100)와, 상기 튜브(110)의 길이방향 양측 단부에 각각 결합되며, 상기 통로(111)와 마주보는 내측에서 외측으로 복수개의 상기 튜브(110)가 결합되는 복수개의 중공(210)이 형성된 한 쌍의 헤더(200), 및 한 쌍의 상기 헤더(200)를 서로 연결하며 상기 열교환부(100)를 감싸고, 냉각수가 유입되는 유입공(310)과, 냉각수가 배출되는 배출공(320)이 형성된 외부 하우징(300)을 포함하여 구성된다.

또한 상기 냉각수 통합 열교환기(1000)는 상기 헤더(200)의 양측에 결합되며, 각각의 상기 튜브(110)를 통과하는 열교환 유체의 종류에 대응하여 복수개의 상기 튜브(110)를 개별적인 채널로 구획하는 사출탱크(400)가 더 구비된다.

도 3과 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명인 냉각수 통합 열교환기(1000)는 저온 라디에이터(1)에서 방출된 냉각수가 상기 외부 하우징(300)에 형성된 유입공(310)을 통해 외부 하우징(300) 내부로 유입되어, 상기 열교환부(100)와 열교환 후 상기 배출공(320)으로 배출한다. 즉 저온 라디에이터(1)를 순환하는 냉각수를 열교환 유체의 열을 흡수하는 열교환 매질로 이용한 것이다.

이때, 열교환 유체는 상기 튜브(110)의 내부에 형성된 통로(111)를 흐르며 튜브(110)를 통해 냉각수와 열교환 하되, 냉각수와 튜브(110)의 접촉 면적을 넓혀, 열교환 효율성을 향상시키기 위하여 복수개의 튜브(110) 사이에 길이방향으로 일정한 형상을 이루며 밴딩된 상기 열교환핀(120)이 구비되며, 열교환핀(120)의 형상은 튜브(110)와 냉각수의 열교환 효율을 향상시키면 충분하므로 그 형상과 재질은 한정하지 않는다.

또한, 본 발명인 냉각수 통합 열교환기(1000)는 서로 다른 성질을 가지는 열교환 유체가 서로 섞이지 않고 냉각수와 열교환 가능 하도록 복수개의 상기 튜브(110)가 사용되고, 각각의 튜브(110) 사이에 상기 열교환핀(120)이 끼워진 적층 구조로 이루어지며, 도면 상에는 튜브(110)와 열교환핀(120)이 서로 교차하며 적층 형성된 한쌍의 열교환 어레이(100A)가 나열된 것을 도시 하였지만, 이는 열교환 유체의 종류와 유량에 따라 단수개 또는 복수개로 선택 사용될 수 있다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 상기 열교환 어레이(100A)는 상기 튜브(110)의 길이방향 일측과 타측에 위치되는 상기 헤더(200)과 결합하여 그 형상이 고정된다. 상세히 설명하면, 상기 헤더(200)는 상기 튜브(110)와 마주보는 내측에서 외측으로 복수개의 중공(210)이 형성되고 각각의 상기 튜브(110)의 단부가 상기 중공(210) 에 끼워져 적측 형성된 상기 열교환부(100)의 형상이 고정되는 것이다.

또한, 도 5를 참조하여 설명하면 본 발명인 냉각수 통합 열교환기(1000)는 상기 헤더(200)의 양측에 결합되며, 각각의 상기 튜브(110)를 통과하는 열교환 유체의 종류에 대응하여 복수개의 상기 튜브(110)를 개별적인 채널로 구획하는 사출탱크(400)가 더 구비된다.

상세히 설명하면, 상기 냉각수 통합 열교환기(1000)는 서로 다른 각각의 장치에 구비되던 냉각기를 하나의 장치에서 이루어지도록 하였다. 즉, 각각의 장치에 사용되던 서로 다른 성질을 가지는 열교환 유체(냉매, 오일, 바람)가 서로 섞이지 않게 냉각 시켜야 하는 것이다. 따라서, 상기 사출탱크(400)를 이용해 복수개의 상기 튜브(110)를 열교환 유체의 종류에 대응하여 복수개의 채널로 구획하는 것이다.

이때, 상기 사출탱크(400)의 채널 개수는 도 6에 도시된 바와 같이 제1 사출탱크(410)가 형성하는 제1 채널과, 제2 사출탱크(420)가 형성하는 제2채널과, 제3 사출탱크(430)가 형성하는 제3 채널로 구분되어, 각각의 채널에서 공기, 오일, 냉매와 냉각수를 열교환 시키는 것을 권장하나, 필요에 따라 도 7에 도시된 바와 같이 추가로 제4 사출탱크가(440)가 형성하는 제4 채널이 추가 형성되어 엔진 냉각수와 열교환 할 수도 있다. 즉, 냉각수 통합 열교환기에 유입되는 열교환 유체의 종류와 동일한 개수의 채널과 사출탱크가 형성되는 것이다.

그리고, 사출탱크(400)가 열교환 유체의 종류에 대응하여 복수개의 사출탱크(410, 420, 430, 440)로 분리될 시 각각의 사출탱크마다 개별적으로 유체 유입부와 유체 배출부가 형성되어 서로 다른 유체가 혼합되지 않도록 하는 것을 권장한다.

상세히 설명하면, 각각의 사출탱크(410, 420, 430, 440)는 상기 튜브(110)가 결합된 상기 중공(210)을 구획하여 계획된 임의의 상기 튜브(110)에 지정된 유체가 흐르도록 함으로서 서로 다른 성질의 열교환 유체가 섞이지 않도록 하는 것이다.

아울러, 상기 사출탱크(400)에 의해 구획되는 각 채널을 구성하는 상기 튜브(110)의 개수는, 각각의 채널을 통과하는 열교환 유체의 방열량과, 유량에 대응한다.

도 8을 참조하여 설명하면, 본 발명인 냉각수 통합 열교환기는 서로 다른 성질의 열교환 유체가 섞이지 않는 상태에서 열교환 유체와 냉각수가 열교환하여 열교환 유체의 열을 전달받으면 충분하다. 따라서, 상기 튜브(110)가 각각의 채널을 구성하는 상기 사출탱크(400)와 동일한 개수로 구성되면 충분하다.

그러나, 차량마다 상기 열교환 유체의 종류가 다를 수 있고, 열교환 유체의 종류가 동일하더라도 각각의 열교환 유체의 유량과 ??열량이 다를 뿐만 아니라, 동일 차량이라 할지라도 차량이 운행되는 차량의 조건(주변환경, 차량의 노후 정도에) 따라서, 열교환 유체의 방열량과 유량이 변화된다.

따라서, 본 발명인 냉각수 통합 열교환기는 차량에서 사용되는 열교환 유체의 방열량과 유량에 대응하여 각 채널을 구성하는 튜브(110)의 개수를 제어 가능하도록 구성하여 차량의 종류, 주변환경, 차량의 노후 정도와 같은 조건이 변화 하더라도 상기 사출탱크(400)만을 교체사용 가능하도록 구성한 것이다.

또한, 상기 냉각수 통합 열교환기는 상기 사출탱크(400)가 다양한 재질로 구성될 수 있으나 단수화 및 성형 작업을 단순화 시키기 위하여, 플라스틱 또는 알류미늄 재질로 구성되는 것을 권장하고, 사출탱크(400)가 알루미늄 재질로 이루어질 시 각각의 채널을 형성하는 사출탱크 단위체(410, 420, 430, 440)는 개별제작 후 일체 브레이징 형성되는 권장하고, 상기 냉각수 통합 열교환기는 상기 헤더(200)와 상기 사출탱크(400)의 결합면 사이에 상기 사출탱크(400)에 의해 구획된 채널 형상에 대응하는 가스켓(500)이 더 구비될 수 있다.

상세히 설명하면, 상기 사출탱크(400)가 알루미늄이나 플라스틱과 같은 재질로 구성될 시 사출탱크(400)가 상기 헤더(200)와 접촉하는 면을 완전밀폐되기 어렵다. 따라서, 사출탱크(400)와 헤더(200)가 서로 접촉하는 면에 상기 가스켓(500)을 넣은 상태에서 압박하여 줌으로서 각각의 채널을 통과하는 서로 다른 성질의 열교환 유체가 누출되어 혼합되는 것을 방지하는 것이다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

100 : 열교환부 110 : 튜브
111 : 통로 120 : 열교환핀
200 : 헤더 210 : 중공
300 : 외부 하우징 310 : 유입공
320 : 배출공
400 : 사출탱크 410 : 제1 사출탱크
420 : 제2 사출탱크 430 : 제3 사출탱크
440 : 제4 사출탱크

Claims (6)

1. 내부에 길이 방향으로 열교환 유체가 흐르는 통로(111)가 형성된 복수개의 튜브(110)와, 상기 튜브(110)의 길이에 대응하는 복수개의 열교환 핀(120)이 서로 교차하며 적층 형성되는 열교환부(100);
   상기 튜브(110)의 길이방향 양측 단부에 각각 결합되며, 상기 튜브(110)와 마주보는 내측에서 외측으로 상기 튜브(110)가 결합되는 복수개의 중공(210)이 형성된 한 쌍의 헤더(200); 및
   한 쌍의 상기 헤더(200)를 서로 연결하며 상기 열교환부(100)를 감싸고, 냉각수가 유입되는 유입공(310)과, 냉각수가 배출되는 배출공(320)이 형성된 외부 하우징(300);을 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉각수 통합 열교환기.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 냉각수 통합 열교환기는,
   상기 헤더(200)의 양측에 결합되며, 각각의 상기 튜브(110)를 통과하는 열교환 유체의 종류에 대응하여 복수개의 상기 튜브(110)를 개별적인 채널로 구획하는 사출탱크(400)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는, 냉각수 통합 열교환기.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 사출탱크(400)는,
   상기 헤더(200)의 양측에 서로 마주보며 결합되는 한 쌍의 제1 사출탱크(410)와, 한 쌍의 제2 사출탱크(420), 및 한 쌍의 제3 사출탱크(430)의 결합으로 이루어지고,
   각각의 상기 사출탱크(410, 420, 430)는 상기 튜브(110)를 서로 마주보는 한 쌍의 상기 제1 사출탱크(410) 사이에 위치하며 냉매가 통과되는 제1 채널과, 한 쌍의 상기 제2 사출탱크(420) 사이에 위치하며 과급공기가 흐르는 제2 채널과, 한 쌍의 상기 제3 사출탱크(430) 사이에 위치하며 오일이 흐르는 제3 채널로 구분하며,
   각각의 상기 사출탱크(410, 420, 430)는 개별적으로 유체 유입부와, 유체 배출부가 형성된 것을 특징으로 하는, 냉각수 통합 열교환기.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 사출 탱크(400)에 의해 구획되는 각 채널을 구성하는 상기 튜브(110)의 개수는, 각각의 채널을 통과하는 열교환 유체의 방열양과, 유량에 대응하는 것을 특징으로 하는, 냉각수 통합 열교환기.
   
5. 제 2항 내지 제 4항 중 선택되는 어느 하나의 항에 있어서, 상기 냉각수 통합 열교환기는,
   상기 헤더(200)와 상기 사출탱크(400)의 결합면 사이에 상기 사출탱크(400)에 의해 구획된 채널 형상에 대응하는 가스켓(500)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는, 냉각수 통합 열교환기.
   
6. 제 2항 내지 제 4항 중 선택되는 어느 하나의 항에 있어서, 상기 냉각수 통합 열교환기는,
   상기 사출탱크(400)의 재질이 플라스틱 또는 알루미늄 재질로 이루어지고, 상기 사출탱크(400)가 알루미늄 재질로 이루어질 시 각각의 채널을 형성하는 사출탱크 단위체는 개별제작 후 일체 브레이징되는 것을 특징으로 하는, 냉각수 통합 열교환기.

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